诺贝尔生理学奖—感知
问题描述
2021年诺贝尔生理学奖揭示了生物体感知物理世界的机理，为哲学上理解“感知”提供科学基础。众所周知，一千个人眼里有一千个哈姆雷特，针对该奖项不同的人具有不同的感悟：对于生理学家，更关心离子通道受体以及基因表达等信息，期望相关的技术能够应用于疾病治疗过程；然而对于我来说，更关心生物感受外界信息的机制能否映射到智能机器人，在工业以及健康医疗领域产生价值。
近些年来，随着人工智能技术的发展，机器视觉以及语音识别等技术取得了长足的进步，然而对于机器触觉目前还处于探索阶段，如何设计出类似皮肤的感知器件，对接触体的纹理、硬度、接触形貌以及接触力等信息进行综合评价，是当前急需解决的问题；因此，近来对相关资料进行了归纳汇众，具体如下所示：
附: 调研可知，工业机器人能够基于位移、力等多种模式实现目标抓取，然而该过程不能够识别物体表面信息，人机共融性较弱，因此，触觉传感器在医护、养老机器人等领域具有重要的意义；通过机器学习，建立感知器件与硬度、表面粗糙度、接触压力等物理量之间的关联，提高智能机器人的人机交互特性，扩宽机器人的使用范围。
附录：补充材料
附1、2021年诺贝尔生理学奖主要内容？
今年诺贝尔奖解释了生物体如何将外界冷、热刺激以及压力激励转换为电学信号，相关发现对许多疾病的治疗具有重要意义。例如：压力感知在生物体血压调控、呼吸以及排尿等过程中具有重要的意义；临床中能够借助超声技术调控离子通道状态，治疗神经痛，骨关节以及其他软组织损伤。
上图表述为David Julius的研究成果，实验证明温度传感器的本质是一系列不同温度阀值的离子通道开关；下图表述为Ardem Patapoutian研究成果，发现了能够识别机械力的离子通道基因。
附2、机器触觉的实现—电子皮肤？
近些年来，为了更好的实现“触觉”感知，国内外学者开展了大量的研究，设计制备了多种电子皮肤传感器，研发出各种可穿戴设备，例如：1、东京大学takao someya教授；2、rogers课题组；3、鲍哲南课题组：北京协同创新研究院基于相关成果制备了电容式压力传感器；4、浙江大学汪延成课题组（传感器设计）；5、东南大学与上海航天八院开展合作，通过给机械爪添加触觉模块实现系统的精细控制；调研可知，应用场景主要包含可穿戴设备和工业机器人两个方面，具体内容如下所示：
传感元件设计与神经网络、ai技术相互融合，能够产生较多有意义的成果，例如：东京大学takao someya基于AI+柔性传感器，实现了人体动作捕捉，在AR/VR领域具有广泛的应用；右侧展示了rogers课题组研究成果，能够监测新生儿的体温、血压以及呼吸频率等生物信息，实现远程医疗监护；
按照触觉感知器件的设计原理，传感器可分为：电容式、压阻式、光电式以及电阻应变式等；下图展示了触觉感知在工业领域的应用实例，具体为：
上展示了浙江大学汪老师课题组的研究成果，通过电子印刷的方式，设计了压阻式柔性触觉传感器，其中，压力敏感元件采用石墨烯/硅橡胶复合材料（优点：成本低；弊端：一致性、耐久性以及线性度一般）；图c和d展示了机械爪抓取网球的过程，以及夹持力的动态变化过程；
针对触觉传感器信号采集系统，当前存在的难点主要有：1、信号采集：工程中通常采用矩阵式传感器模拟神经末梢的分布，因此设计过程中需要考虑采样速率、采样精度以及传感器密度之间的平衡；2、数据处理：构建接触压力相关的时间序列，提取目标信息；具体内容如下所示：
上图展示了分布式压力传感器宏观结构；图b展示了信号采集系统的核心框架；
附1、皮肤作为人体重要的感知器官，能够获取接触力幅值、几何形貌、表面材质、 粗糙度、硬度、温度等信息；